Nuevas técnicas para modelizar y analizar la vulnerabilidad de infraestructuras críticas de energía interdependientes

La interdependencia entre las redes de gas y electricidad es motivo de preocupación debido a la creciente utilización del gas para la generación de electricidad en centrales de ciclo combinado y al uso de energía eléctrica de los compresores en la red de gas. Estas redes están sujetas a riesgos de interrupción del suministro derivados de posibles problemas técnicos o amenazas intencionadas. Por lo tanto, resulta conveniente modelizar y analizar la vulnerabilidad de estas infraestructuras críticas de energía interdependientes.En esta tesis doctoral se presenta, en primer lugar, una metodología para analizar conjuntamente los flujos de electricidad y gas. El conjunto de ecuaciones no lineales que representan la operación del sistema de potencia se resuelve utilizando el método de Newton-Raphson, mientras que las ecuaciones en la red de gas se resuelven utilizando el enfoque de transformada análoga-lineal. Se presentan dos casos de estudio para demostrar la simplicidad de la metodología propuesta. Los resultados obtenidos se verifican contra el método Newton-Raphson tradicional con el fin de comprobar la solución alcanzada, encontrando un buen desempeño de la metodología conjunta aplicada. La aplicación del enfoque propuesto permite el análisis de la vulnerabilidad de las infraestructuras energéticas interdependientes. También, se desarrolla una metodología para evaluar la vulnerabilidad estructural de las redes de energía eléctrica y gas acopladas, considerando interdependencias en el proceso de fallos en cascada. La vulnerabilidad se evalúa empleando el índice de desconexión de carga y las medidas de centralidad de vulnerabilidad geodésica e impacto en la conectividad. El estudio muestra una elevada correlación entre el índice de desconexión de carga y el índice de vulnerabilidad geodésica. De esta manera, la teoría de grafos puede usarse como sustituto de los enfoques de flujos de carga que demandan un conocimiento detallado de los parámetros eléctricos e hidráulicos de los sistemas bajo estudio y son computacionalmente más intensivos que los métodos estadísticos de grafos. Como resultado, se propone un nuevo método para estimar la vulnerabilidad de las redes de energía eléctrica y gas conjuntas utilizando el índice de vulnerabilidad geodésica. Asimismo, se estudia el comportamiento de las redes de electricidad y gas natural de España, tanto de manera separada como conjunta. Los resultados muestran que la red de gas natural es menos robusta que la red eléctrica y que la red acoplada es más vulnerable que la red eléctrica ante fallos aleatorios y deliberados. Además, eliminar los nodos más fuertemente conectados de los dos sistemas independientes resultaría una estrategia de ataque eficaz para el rápido colapso de las infraestructuras acopladas interdependientes. Por último, se evalúa la robustez estructural de los planes de expansión de las infraestructuras de electricidad y gas natural en España. Los casos de estudio corresponden a las principales inversiones propuestas por los operadores de los sistemas en 2015-2020. Los resultados demuestran que la construcción de algunas instalaciones para la expansión de ambas redes no mejora la robustez estructural de la red acoplada; sin embargo, cuando se tiene en cuenta todo el programa de inversión se produce una mejora relativa de hasta un 6% con respecto al caso base. La metodología propuesta en esta tesis corrobora que la aplicación de la teoría de grafos es adecuada para analizar la planificación de activos de una infraestructura energética crítica, requiriendo únicamente la topología y el programa de inversiones para evaluar el desempeño de la red acoplada en caso de fallos en cascada. En suma, esta tesis doctoral pone de relieve la importancia de que los sistemas energéticos se aborden como redes acopladas debido a sus fuertes interacciones. Una perturbación en un sistema puede no ser crítica si las infraestructuras están separadas, pero dado que ambas redes son interdependientes, el impacto resultante podría causar fallos en el otro sistema. En otras palabras, las interdependencias aumentan el impacto de las perturbaciones.<br /

Assessing the impact of investments in Cross-border pipelines on the security of gas supply in the EU

The European Union (EU) is highly dependent on external natural gas supplies and has experienced severe gas cuts in the past, mainly driven by the technical complexity of the high-pressure natural gas system and political instability in some of the supplier countries. Declining indigenous natural gas production and growing demand for gas in the EU has encouraged investments in cross-border transmission capacity to increase the sharing of resources between the member states, particularly in the aftermath of the Russia-Ukraine gas crisis in January 2009. This article models the EU interconnected natural gas system to assess the impact of investments in the gas transmission network by comparing the performance of the system for scenarios of 2009 and 2017, using a mathematical optimization approach. The model uses the technical data of the infrastructures, such as production, storage, regasification, and exchange capacity through cross-border pipelines, and proposes an optimal collaborative strategy which ensures the best possible coverage of overall demand. The actual peak demand situations of the extreme cases of 2009 and 2017 are analyzed under hypothetical supply crises caused by geopolitical or commercial disputes. The application of the proposed methodology leads to results which show that the investments made in this system do not decongest the cross-border pipeline network but improve the demand coverage. Countries such as Spain and Italy experience a lower impact on gas supply due to the variety of mechanisms available to cover their demand. Furthermore, the findings prove that cooperation facilitates the supply of demand in crisis situations

Vulnerability assessment of a large electrical grid by new graph theory approach

In previous research a novel methodology to assess structural vulnerability was proposed and applied in IEEE test system and high voltage transmission networks of 94 buses, by using graph theory to investigate various risk scenarios that can trigger cascading failures. In this paper we validate the application of this methodology in larger networks by applying a case study on the transmission network 230 and 400 kV of Mexico. The events of cascading failures are simulated through two elimination strategies: by deliberate attacks on critical nodes or by random errors. Iterations are performed by running successive N-1 contingencies on a network that is constantly changing its structure with the elimination of each node. The power flows are not necessary and only the calculation of the graph statistical parameter geodesic vulnerability is required. This reduces the computation time and leads to a comparative analysis of structural vulnerability

Assessing the criticality of interdependent power and gas systems using complex networks and load flow techniques

Gas and electricity transmission systems are increasingly interconnected, and an attack on certain assets can cause serious energy supply disruptions, as stated in recommendation (EU) 2019/553 on cybersecurity in the energy sector, recently approved by the European Commission. This study aims to assess the vulnerability of coupled natural gas and electricity infrastructures and proposes a method based on graph theory that incorporates the effects of interdependencies between networks. This study is built in a joint framework, where two different attack strategies are applied to the integrated systems: (1) disruptions to facilities with most links and (2) disruptions to the most important facilities in terms of flow. The vulnerability is measured after each network attack by quantifying the unmet load (UL) through a power flow analysis and calculating the topological damage of the systems with the geodesic vulnerability (v) index. The proposed simulation framework is applied to a case study that consists of the IEEE 118-bus test system and a 25-node high-pressure natural gas network, where both are coupled through seven gas-fired power plants (GFPPs) and three electric compressors (ECs). The methodology is useful for estimating vulnerability in both systems in a coupled manner, studying the propagation of interdependencies in the two networks and showing the applicability of the v index as a substitute for the UL index

PLA2G6 MUTATIONS ASSOCIATED WITH A CONTINUOUS CLINICAL SPECTRUM FROM NEUROAXONAL DYSTROPHY TO HEREDITARY SPASTIC PARAPLEGIA

PLA2G6-associated neurodegeneration (PLAN) and hereditary spastic paraplegia (HSP) are two groups of heterogeneous neurodegenerative diseases. In this study, we report PLA2G6 gene mutations in three families from Turkey, Morocco, and Romania. Two affected Turkish siblings presenting HSP adds the disease to PLAN phenotypes. They were homozygous for the PLA2G6 missense c.2239C>T, p.Arg747Trp variant and the ages of onset were 9 and 21. Parkinsonism, dystonia or cognitive decline were not the clinical elements in these patients contrary to the cases that has been previously reported with the same variant, however, iron accumulation was evident in their cranial MRI. The Moroccan patient was homozygous for a novel missense c.1786C>T, p.Leu596Phe variant and the Romanian patient had two novel mutations; c.1898C>T, p.Ala633Val and c.1765_1768del, p.Ser589ThrfsTer76. Both of these patients conformed better to childhood onset PLAN with the age of onset at four and seven years, respectively. Interestingly, all identified mutations were affecting the highly conserved patatin-like phospholipase domain of the PLA2G6 protein